Az új akkumulátortechnológia anyagszerkezetének és kémiájának 3D vizsgálata
Az akkumulátorok anyagainak szerkezetének és kémiai összetételének megértése kulcsfontosságú az új akkumulátorok kémiai viselkedésének és stabilitásának meghatározásához a ciklikus folyamat során. A helyi morfológia és a kémiai állapot, például a részecskék, az üregek, a lítium és a kötőanyag elektródokon belüli eloszlása közötti összetett kapcsolat megragadása létfontosságú ezen fejlett akkumulátor-anyagok teljesítményének optimalizálásához és degradációval szembeni ellenállásához.
A 3D FIB-SEM tomográfia és a ToF-SIMS-elemzés kombinálásával részletes vizsgálatokat végezhetünk az új akkumulátor-technológiák anyagösszetételéről. Ez a 3D-s megközelítés pontosabb volumetrikus statisztikai adatokat szolgáltat, mint a hagyományos ToF-SIMS mélységi profilalkotás. A 3D ToF-SIMS tomográfia továbbá segíti a szennyeződések, a sebezhetőségek és a kémiai következetlenségek pontos kimutatását az akkumulátor-alkatrészeken belül.
Szilárd elektrolit határfelület jellemzése az akkumulátortechnológiában
Az új akkumulátortechnológián belül a lítium-ion akkumulátor élettartamát és (le)töltési sebességét jelentősen befolyásoló tényező a szilárd elektrolit határfelület (SEI) kialakulása. Ez a nanométeres méretű, vékony passziváló réteg megakadályozza, hogy az anód részecskék közvetlenül érintkezzenek az elektrolittal, ezáltal megakadályozza a korróziót és elősegíti a lítiumionok gyors mozgását az (de)interkalációs folyamat során.
A ToF-SIMS FIB-SEM rendszerbe történő integrálásával mélyrehatóan vizsgálhatjuk a SEI tulajdonságait, például az eloszlását, egyenletességét és kémiai összetételét az anódrészecskék felületén. Ez a technika különösen alkalmas a SEI-ben jellemzően jelen lévő könnyű elemek, mint a Li, C, O, F kimutatására és mélységi eloszlásának tanulmányozására.
Szilárdtest akkumulátor degradációs tanulmány
Bár a szilárdtest-akkumulátorok potenciális alternatívát kínálnak a lítium-ion akkumulátorok hátrányaira, nevezetesen a gyúlékonyságra, az alacsony hőstabilitásra, valamint a korlátozott teljesítményre és szilárdságra, ezek is hajlamosak a degradációra. Az olyan problémák, mint a szilárd elektroliton belüli repedések elektromosan elszigetelt területekhez és az akkumulátor kapacitásának későbbi csökkenéséhez vezethetnek.
A FIB-SEM rendszer nélkülözhetetlen a teljes elektród-elektrolit akkumulátorszerkezet keresztmetszeteinek elkészítéséhez. Ez lehetővé teszi a repedések azonosítását, és - ha a szilárd elektrolit ionnyaláb-érzékeny - a kriogén körülmények alkalmazását a sérülések minimalizálása és az anyag újraképződésének csökkentése érdekében a FIB marási folyamatok során.
Elektróda részecskék
lebomlási tanulmány
A lítium-ion akkumulátorok élettartamát gyakran veszélyezteti az anód/katód részecskék degradációja, amely elsősorban a hámlás, a törés és a korrózió miatt következik be. Ez a degradáció, amelyet a lítium mozgatása során fellépő mechanikai feszültségek, valamint a kémiai reakciók váltanak ki, jelentősen csökkenti az akkumulátor kapacitását.
A FIB-SEM rendszerrel azonosítani tudjuk a részecskék degradációját az akkumulátor elektróda felületén és alatta is. A FIB-SEM rendszerben a fókuszált ionnyaláb megkönnyíti a keresztmetszetek elkészítését, ami lehetővé teszi a részecskék degradációs eredetének átfogó vizsgálatát SEM, Raman-spektroszkópia, ToF-SIMS kémiai térképezés segítségével, akár egy térfogatban is 3D ToF-SIMS tomográfia segítségével.
